Question

二甲醚是重要的有機(jī)中間體，利用二氧化碳加氫合成二甲醚能變廢為寶，且可替代汽油作為新型清潔燃料．
（1）常溫常壓下，二氧化碳加氫可選擇性生成二甲醚或一氧化碳：
①CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-55.7kJ/mol
②2CH₃OH（l）=CH₃OCH₃（g）+H₂O （l）△H=-23.4kJ/mol
③CO₂（g）+3H₂（g）=CO（g）+H₂O （l）△H＞0
則CO₂（g）加氫轉(zhuǎn)化為CH₃OCH₃（g）和H₂O （l）的熱化學(xué)方程式是

 

．
（2）合成二甲醚往往選用硅鋁混合物作催化劑，硅鋁比例不同，生成二甲醚或一氧化碳的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)不同．如圖是硅鋁比與產(chǎn)物選擇性圖：

反應(yīng)③的平衡常數(shù)表達(dá)式為

 

，圖中A點(diǎn)和B點(diǎn)的平衡常數(shù)比較：K_A

 

K_B（填“＞、=、＜”）．根據(jù)以上兩條曲線，寫出其中一條變化規(guī)律：

 

．
（3）在280°C時(shí)，向一個(gè)2L的密閉容器中加入等量2mol二氧化碳和氫氣，A點(diǎn)二甲醚的濃度為0.15mol?L^-1，計(jì)算在A點(diǎn)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，要求寫出計(jì)算過程．
（4）二甲醚逐漸發(fā)展為替代汽油的清潔燃料，在二甲醚燃料電池中，二甲醚通入

 

極，堿性條件下，該電極反應(yīng)式是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡常數(shù)的含義

專題：

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）反應(yīng)的化學(xué)方程式中水時(shí)液體，其他為氣體，書寫平衡常數(shù)=

生成物平衡濃度的冪次方乘積

反應(yīng)物陪你濃度的冪次方乘積

；平衡常數(shù)隨溫度變化，圖象曲線的變化和橫軸、縱軸表示的物理量分析總結(jié)規(guī)律；
（3）依據(jù)化學(xué)三段式列式計(jì)算，轉(zhuǎn)化率=

消耗量

起始量

×100%，得到二氧化碳的轉(zhuǎn)化率；
（4）原電池是燃料電池，燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；電極反應(yīng)用氫氧根離子配平電荷守恒．

解答： 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-55.7kJ/mol
②2CH₃OH（l）=CH₃OCH₃（g）+H₂O （l）△H=-23.4kJ/mol
③CO₂（g）+3H₂（g）=CO（g）+H₂O （l）△H＞0
則依據(jù)蓋斯定律①×2+②得到CO₂（g）加氫轉(zhuǎn)化為CH₃OCH₃（g）和H₂O （l）的熱化學(xué)方程式是2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3 H₂O（l）△H=-134.8kJ/mol；
故答案為：2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3 H₂O（l）△H=-134.8kJ/mol；
（2）反應(yīng)的化學(xué)方程式中水時(shí)液體，其他為氣體，書寫平衡常數(shù)K=

生成物平衡濃度的冪次方乘積

反應(yīng)物陪你濃度的冪次方乘積

=

c(CO)

c(CO2)c3(H2)

；平衡常數(shù)隨溫度變化，圖中A點(diǎn)和B點(diǎn)的溫度相同，所以平衡常數(shù)相同；圖象曲線的變化和橫軸、縱軸表示的物理量分析總結(jié)規(guī)律為：a．溫度越高，二甲醚的選擇性越大；b．低溫時(shí)硅鋁比對(duì)二甲醚的選擇性影響不大，高溫時(shí)隨著硅鋁比增大，二甲醚的選擇性先增大后減�。�
故答案為：

c(CO)

c(CO2)c3(H2)

；=；a．溫度越高，二甲醚的選擇性越大；b．低溫時(shí)硅鋁比對(duì)二甲醚的選擇性影響不大，高溫時(shí)隨著硅鋁比增大，二甲醚的選擇性先增大后減��；
（3）初始狀態(tài)c（CO₂）=2mol/2L=1mol/L
            2CO₂+6H₂=CH₃OCH₃+3 H₂O
c（起始）  1.00mol/L
c（轉(zhuǎn)化）  0.30mol/L  0.15mol/L
CO₂的轉(zhuǎn)化率=

0.3mol/L

1.00mol/L

×100%=30%；
答：CO₂的轉(zhuǎn)化率為30%；
（4）原電池是燃料電池，燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚通入負(fù)極；電極反應(yīng)用氫氧根離子配平電荷守恒得到為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O；
故答案為：負(fù)；CH₃OCH₃+16OH^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式書寫和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡的計(jì)算，平衡常數(shù)概念和轉(zhuǎn)化率實(shí)質(zhì)理解應(yīng)用，注意圖象變化的規(guī)律總結(jié)和分析判斷，題目難度中等．